Detektering av en supernova med en ovanlig kemisk signatur av ett team av astronomer ledda av Carnegies Juna Kollmeier – och inklusive Carnegies Nidia Morrell, Anthony Piro, Mark Phillips, och Josh Simon – kan ha nyckeln till att lösa det långvariga mysterium som är källan till dessa våldsamma explosioner. Observationer som gjordes av Magellan-teleskopen vid Carnegies Las Campanas-observatorium i Chile var avgörande för att upptäcka utsläppet av väte som gör denna supernova, kallas ASASSN-18tb, så utmärkande.

Deras arbete publiceras i Månatliga meddelanden från Royal Astronomical Society .

Supernovor av typ Ia spelar en avgörande roll för att hjälpa astronomer att förstå universum. Deras briljans gör att de kan ses över stora avstånd och användas som kosmiska milmarkörer, som fick Nobelpriset i fysik 2011. Vidare, deras våldsamma explosioner syntetiserar många av de element som utgör världen omkring oss, som kastas ut i galaxen för att generera framtida stjärnor och stjärnsystem.

Även om väte är det vanligaste grundämnet i universum, det ses nästan aldrig i supernovaexplosioner av typ Ia. Faktiskt, Bristen på väte är en av de avgörande egenskaperna hos denna kategori av supernovor och tros vara en nyckelled till att förstå vad som kom före deras explosioner. Det är därför det var så överraskande att se väteutsläpp från denna supernova.

Typ Ia supernovor härstammar från termonukleär explosion av en vit dvärg som är en del av ett binärt system. Men det som utlöser explosionen av den vita dvärgen – den döda kärnan som finns kvar efter att en solliknande stjärna tömt sitt kärnbränsle – är ett stort pussel. En rådande tanke är att den vita dvärgen får materia från sin följeslagare, en process som så småningom kan utlösa explosionen, men huruvida detta är den korrekta teorin har diskuterats hett i årtionden.

Detta ledde till att forskargruppen bakom denna artikel påbörjade en stor undersökning av supernovor av typ Ia – kallad 100IAS – som lanserades när Kollmeier diskuterade ursprunget till dessa supernovor med studiemedförfattarna Subo Dong från Peking University och Doron Kushnir från Weizmann Institute of Science som, tillsammans med Weizmann-kollegan Boaz Katz, lägga fram en ny teori för typ Ia-explosioner som involverar en våldsam kollision mellan två vita dvärgar.

Astronomer studerar ivrigt de kemiska signaturerna hos materialet som skjuts ut under dessa explosioner för att förstå mekanismen och spelarna som är involverade i att skapa supernovor av typ Ia.

På senare år har astronomer har upptäckt ett litet antal sällsynta supernovor av typ Ia som är inkapslade i stora mängder väte - kanske lika mycket som vår sols massa. Men i flera avseenden, ASASSN-18tb skiljer sig från dessa tidigare evenemang.

"Det är möjligt att vätet vi ser när vi studerar ASASSN-18tb är som dessa tidigare supernovor, men det finns några slående skillnader som inte är så lätta att förklara, sa Kollmeier.

Först, i alla tidigare fall hittades dessa väte-kapslade supernovor av typ Ia hos ungar, stjärnbildande galaxer där mycket väterik gas kan finnas. Men ASASSN-18tb inträffade i en galax bestående av gamla stjärnor. Andra, mängden väte som skjuts ut av ASASSN-18tb är betydligt mindre än vad man kan se kring de andra supernovorna av typ Ia. Det uppgår förmodligen till ungefär en hundradel av vår sols massa.

"En spännande möjlighet är att vi ser material tas bort från den exploderande vita dvärgens följeslagare när supernovan kolliderar med den, " sa Anthony Piro. "Om detta är fallet, det skulle vara den första observationen någonsin av en sådan händelse."

"Jag har letat efter den här signaturen i ett decennium!" sa medförfattaren Josh Simon. "Vi hittade det äntligen, men det är så sällsynt, vilket är en viktig pusselbit för att lösa mysteriet om hur supernovor av typ Ia uppstår."

Nidia Morrell observerade den natten, och hon minskade omedelbart data som kom från teleskopet och cirkulerade dem till teamet inklusive Ph.D. student Ping Chen, som arbetar på 100IAS för sin avhandling och Jose Luis Prieto från Universidad Diego Portales, en veteran supernovaobservatör. Chen var den första som märkte att detta inte var ett typiskt spektrum. Alla var helt förvånade över vad de såg i ASASSN-18tbs spektrum.

"Jag var chockad, och jag tänkte för mig själv "kan det här verkligen vara väte?", minns Morrell.

För att diskutera observationen, Morrell träffade teammedlemmen Mark Phillips, en pionjär i att etablera relationen – informellt uppkallad efter honom – som gör att supernovor av typ Ia kan användas som standardlinjaler. Phillips var övertygad:"Det är väte du har hittat, ingen annan möjlig förklaring."

"Detta är ett okonventionellt supernovaprogram, men jag är en okonventionell observatör – en teoretiker, faktiskt", sa Kollmeier. "Det är ett extremt smärtsamt projekt för vårt team att genomföra. Att observera dessa saker är som att fånga en kniv, eftersom de per definition blir svagare och svagare med tiden! Det är bara möjligt på en plats som Carnegie där tillgång till Magellan-teleskopen tillåter oss att göra tidskrävande och ibland mödosamma, men extremt viktiga kosmiska experiment. Ingen smärta, Inget vunnet."